Spekter vidne svetlobe.
(Slika: © NASA.)
Redshift in blueshift opisujeta, kako se svetloba premika proti krajšim ali daljšim valovnim dolžinam, ko se predmeti v vesolju (na primer zvezde ali galaksije) približujejo ali bolj oddaljujejo od nas. Koncept je ključen za načrtovanje širitve vesolja.
Vidna svetloba je spekter barv, kar je jasno vsem, ki so si ogledali mavrico. Ko se predmet oddalji od nas, se svetloba premakne na rdeči konec spektra, saj se njegove valovne dolžine daljšajo. Če se predmet premakne bližje, se svetloba premakne na modri konec spektra, saj se njegove valovne dolžine skrajšajo.
Da bi to razmislili bolj jasno, predlaga Evropska vesoljska agencija, predstavljajte si, da poslušate policijsko sireno, ko vas avto vozi po cesti.
"Vsi so slišali povečano raztezanje bližajoče se policijske sirene in močno zmanjšanje višine tona, ko sirena gre mimo in se umakne. Učinek nastane, ker zvočni valovi prispejo do ušesa poslušalca bližje skupaj, ko se vir približa, in še bolj narazen. se umakne, "je zapisal ESA.
Zvok in svetloba
Ta zvočni učinek je prvič opisal Christian Andreas Doppler v 1800-ih in se imenuje Dopplerjev učinek. Ker svetloba izhaja tudi v valovnih dolžinah, to pomeni, da se valovne dolžine lahko raztezajo ali drobijo skupaj, odvisno od relativnega položaja predmetov. Kljub temu pa tega ne opazimo v merilih vsakdanjega življenja, ker svetloba potuje toliko hitreje kot hitrost zvoka - milijon krat hitreje, je ugotovil ESA.
Ameriški astronom Edwin Hubble (po katerem je poimenovan vesoljski teleskop Hubble) je prvi opisal pojav rdečega premika in ga povezal s širječim vesoljem. Njegova opažanja, razkrita leta 1929, so pokazala, da se skoraj vse galaksije, ki jih je opazoval, odmikajo, navaja NASA.
"Ta pojav smo opazili kot rdečo premik spektra galaksije," je zapisala NASA. "Zdelo se je, da je ta rdeči premik večji za šibke, verjetno tudi galaksije. Torej, dlje kot je galaksija, hitreje se bo oddaljila od Zemlje."
Galaksije se oddaljujejo od Zemlje, ker se sama tkanina vesolja širi. Medtem ko so same galaksije v gibanju - na primer Andromedina galaksija in Mlečna pot sta na trku - se pojavlja splošni pojav rdečega premika, ko vesolje postaja večje.
Izraza rdeče in modro pomikanje veljata za kateri koli del elektromagnetnega spektra, vključno z radijskimi valovi, infrardečimi, ultravijoličnimi, rentgenskimi in gama žarki. Torej, če se radijski valovi preusmerijo v ultravijolični del spektra, se jim reče, da so modrirani ali premaknjeni proti višjim frekvencam. Gama žarki, preusmerjeni na radijske valove, bi pomenili premik na nižjo frekvenco ali rdeč premik.
Rdeči premik predmeta se meri s pregledom absorpcijskih ali emisijskih vodov v njegovem spektru. Te vrstice so za vsak element edinstvene in imajo vedno isti razmik. Ko se predmet v vesolju premakne proti ali stran od nas, lahko črte najdemo na različnih valovnih dolžinah, kot bi bile, če se objekt ne bi premikal (glede na nas). [Povezano: Naredite svoj lastni spektroskop]
Redshift je opredeljen kot sprememba valovne dolžine svetlobe, deljena z valovno dolžino, ki bi jo imela svetloba, če se vir ne bi premikal - imenujemo preostalo valovno dolžino:
Tri vrste rdečega premikanja
Vsaj tri vrste rdečega premika se pojavljajo v vesolju - od širjenja vesolja, gibanja galaksij med seboj in od "gravitacijskega rdečega premika", kar se zgodi, ko se svetloba premakne zaradi ogromne količine snovi v galaksiji.
Slednji rdeči premik je najprimernejši izmed treh, vendar so ga znanstveniki leta 2011 lahko prepoznali na lestvici velikosti vesolja. Astronomi so naredili statistično analizo velikega kataloga, imenovanega Sloan Digital Sky Survey, in ugotovili, da se gravitacijski rdeči premik res zgodi - točno v skladu z Einsteinovo teorijo splošne relativnosti. To delo je bilo objavljeno v prispevku Nature.
"Imamo neodvisne meritve mase grozda, zato lahko izračunamo, kakšno je pričakovanje gravitacijskega rdečega premika, ki temelji na splošni relativnosti," je takrat dejal astrofizik univerze v Kopenhagnu Radek Wojtak. "Točno se strinja z meritvami tega učinka."
Prvo odkrivanje gravitacijskega rdečega premika je prišlo leta 1959, potem ko so znanstveniki zaznali, da se pojavlja v svetlobi gama žarkov, ki izhaja iz zemeljskega laboratorija. Pred letom 2011 so ga našli tudi na soncu in v bližnjih belih palčkih, ali pa mrtve zvezde, ki ostanejo po zvezdah, velikih sončnih žarkih, prenehajo jedrsko fuzijo pozno v življenju.
Opazna uporaba rdečega premikanja
Redshift pomaga astronomom primerjati razdalje oddaljenih predmetov. Leta 2011 so znanstveniki napovedali, da so videli najbolj oddaljeni objekt, kar jih je kdajkoli bilo - gama-rafal, imenovan GRB 090429B, ki izvira iz eksplozivne zvezde. Takrat so znanstveniki ocenili, da se je eksplozija zgodila pred 13,14 milijarde let. Za primerjavo, pred velikim praskom se je zgodilo pred 13,8 milijarde let.
Najbolj znana galaksija je GN-z11. Leta 2016 je vesoljski teleskop Hubble ugotovil, da obstaja le nekaj sto milijonov let po velikem udaru. Znanstveniki so izmerili rdeč premik GN-z11, da bi videli, koliko je njegova svetloba vplivala na širitev vesolja. Črni premik GN-z11 je bil 11,1, kar je veliko več od naslednjega najvišjega rdečega premika 8,68, izmerjenega iz galaksije EGSY8p7.
Znanstveniki lahko s pomočjo rdečega premika merijo, kako je vesolje strukturirano v velikem obsegu. En primer tega je Veliki zid Hercules-Corona Borealis; svetloba traja približno 10 milijard let, da gre čez strukturo. Anketa Sloan Digital Sky Survey je tekoči projekt rdečega premikanja, ki poskuša izmeriti rdeče premike več milijonov predmetov. Prva raziskava rdečega premika je bila raziskava CfA RedShift, ki je prvo zbiranje podatkov zaključila leta 1982.
Eno nastajajoče področje raziskav se nanaša na to, kako črpati informacije o rdečem premiku iz gravitacijskih valov, ki so motnje v vesolju in času, ki se zgodijo ob pospeševanju ali motenju masivnega telesa. (Einstein je prvič predlagal obstoj gravitacijskih valov leta 1916, Laser Interferometer Gravitacijsko-valovni observatorij (LIGO) pa jih je prvič zaznal leta 2016). Ker gravitacijski valovi prenašajo signal, ki kaže njihovo spremenjeno maso, je potrebno izvlečenje rdečega premika iz tega izračunati in oceniti, je v članku iz leta 2014 v strokovno pregledni reviji Physical Review X.
Opomba urednika: Ta članek je bil posodobljen 7. avgusta 2019, da odraža popravek. Radio valovi, preusmerjeni v ultravijolični del spektra, so modro prestavljeni, ne pa rdeči.
